CN109818545A - 用于调节升降单元载荷的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于调节升降单元载荷的控制系统，涉及海上自升式平台的升降系统控制技术领域，包括主回路控制器、旁路接触器、变频智能调节单元、智能控制器、和人机交互单元；变频智能调节单元的输入端与升降动力电源相连接，输出端与旁路接触器的一端连接，旁路接触器的另一端与多个升降单元断路器连接；相对独立于现有的升降控制系统，通过变频智能调节单元和旁路接触器的旁路控制，实现对升降单元的载荷调整，节省时间和人力，提高海上平台操作的便利性和安全性。

Description

用于调节升降单元载荷的控制系统

技术领域

本发明涉及海上平台的升降系统控制技术领域，尤其是涉及用于调节升降单元载荷的控制系统。

背景技术

由于电动升降系统相对于液压升降系统具有操作及维护方面实时、便利等优势，大部分海上自升式平台一般采用由电机拖动的齿轮齿条式的升降系统。采用电动升降系统的平台一般采用三根桁架型升降桩腿，平台通过多组升降单元的输出齿轮(也叫升降齿轮)与桩腿的升降齿条啮合(目前配置最多的有24组升降单元/桩)，升降单元通过带有失效刹车单元的升降单元驱动，控制系统通过控制升降单元的时序及转向实现整个平台的升降作业。

在平台升降开始前，由于升降单元的最末端的升降齿轮初始啮合位置不同，且平台站立时会因为姿态的变化会发生负载在升降单元的转移，造成个别升降单元承受过大的载荷，强行运行会造成升降单元过载运行。在严重的情况下，会导致升降齿轮或升降齿条因严重过载而损坏的恶性事故。所以，为了恶性事故发生，在升降前调整并均衡升降单元升降齿轮的载荷必不可少。

为达到均衡升降齿轮载荷的目的，对于采用直接启动，或采用变频器集中控制且非单机传动的升降系统，在升降开始前，都需要在升降作业前人为检查、调整升降齿轮的初始载荷。常规的载荷调整的方法为：在升降单元后面施加扭矩扳手，然后手动松开电机刹车，根据测量的扭矩正转或反转电机输入轴，使最终输入轴的扭矩达到平均扭矩值，从而均衡升降齿轮的载荷。在手动检查、调整输入轴扭矩时，单桩承受的载荷会在不同升降单元之间进行转移，导致调整要反复进行很多次才能达到安全的允许标准，且花费大量的时间及人力。而且在单一升降单元正承受过大载荷时，输入轴的反扭矩对操作人员有潜在危害；对于大吨位的钻井平台，由于安装有很多组升降单元，很多需要操作的位置较高，对操作人员的高空作业存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供用于调节升降单元载荷的控制系统，以解决现有的对升降齿轮载荷的调整需要花费大量时间和精力，且对操作人员有潜在危害的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了用于调节升降单元载荷的控制系统，包括：主回路控制器、旁路接触器、变频智能调节单元、智能控制器、和人机交互单元；

所述变频智能调节单元的输入端与升降动力电源相连接，输出端与所述旁路接触器的一端连接，所述旁路接触器的另一端与多个升降单元断路器连接；

所述变频智能调节单元，用于根据升降单元的矢量模型，自动计算升降单元输出轴的输出扭矩，并发送给智能控制器，以及，根据电机控制指令确定待调节升降单元内升降单元的旋转方向，并根据电机控制指令调节所述升降单元的输出扭矩至期望值，进而使待调节升降单元的载荷达到目标载荷值；

所述智能控制器，用于根据每个升降单元的所述输出扭矩计算每个升降单元的实际载荷，以及单个桩腿的总载荷和平均载荷，以及，根据所述目标载荷值生成每个升降单元的所述电机控制指令；

所述人机交互单元，用于显示所述智能控制器发送的多个所述升降单元的实际载荷，以及所述单个桩腿的总载荷和平均载荷，当接收到用户输入的所述目标载荷值时，发送给所述智能控制器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中所述变频智能调节单元和旁路接触器串联组成载荷调节回路，且所述载荷调节回路与所述主回路控制器互为并联；

所述旁路接触器与所述主回路控制器为互锁关系，用于在调节多个所述升降单元的载荷时，所述主回路控制器处于断开状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，多个所述升降单元的升降电机接触器和升降电机刹车接触器的控制线圈均与所述智能控制器相连接，所述智能控制器控制升降电机接触器和升降电机刹车接触器根据时序断开或闭合，以便于变频智能调节单元对每个所述升降单元进行载荷调整。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述主回路控制器与所述升降单元断路器的一端连接，所述升降单元断路器另一端通过升降电机接触器与升降单元连接；

所述升降电机刹车接触器的一端与控制电源连接，另一端与设置于所述升降单元内的升降单元刹车装置连接，用于对所述升降单元刹车装置进行刹车控制，以使所述升降单元根据操作时序处于打开或制动状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述智能控制器通过通信总线分别与所述变频智能调节单元和所述人机交互单元连接。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供的一种用于调节升降单元载荷的控制系统，相对独立于现有的升降控制系统，通过变频智能调节单元和旁路接触器的旁路控制，实现对升降单元的载荷调整，节省时间和人力，提高海上平台操作的便利性和安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明背景技术中升降单元的安装示意图；

图2为本发明实施例提供的用于调节升降单元载荷的控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的用于调节升降单元载荷的控制系统的控制原理图；

图4为本发明另一个实施例提供的用于调节升降单元载荷的控制系统的控制原理图；

图标：

1-主回路控制器；2-旁路接触器；3-变频智能调节单元；4-智能控制器；5-人机交互单元；6-升降单元断路器；7-升降电机接触器；8-升降电机刹车接触器；9-升降单元；10-升降单元刹车装置；11-刹车位置传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种用于调节升降单元载荷的控制系统进行详细介绍。

参考图1-图4所示：

本实施例提供了用于调节升降单元9载荷的控制系统，包括：主回路控制器1、旁路接触器2、变频智能调节单元3、智能控制器4、和人机交互单元5；变频智能调节单元3的输入端与升降动力电源相连接，输出端与旁路接触器2的一端连接，旁路接触器2的另一端与多个升降单元断路器6连接；变频智能调节单元3，用于根据升降单元9的矢量模型，自动计算升降单元9输出轴的输出扭矩，并发送给智能控制器4，以及，根据电机控制指令确定待调节升降单元9内升降单元9的旋转方向，并根据电机控制指令调节升降单元9的输出扭矩至期望值，进而使待调节升降单元9的载荷达到目标载荷值；智能控制器4，用于根据每个升降单元9的输出扭矩计算每个升降单元9的实际载荷，以及单个桩腿的总载荷和平均载荷，以及，根据目标载荷值生成每个升降单元9的电机控制指令；人机交互单元5，用于显示智能控制器4发送的多个升降单元9的实际载荷，以及单个桩腿的总载荷和平均载荷，当接收到用户输入的目标载荷值时，发送给智能控制器4。

其中，智能控制器4通过通信总线分别与变频智能调节单元3和人机交互单元5连接。

当用于调节升降单元9载荷的控制系统开始工作时，先断开主回路控制器1，然后闭合旁路接触器2。其中，智能控制器4能够依次控制每个升降单元9的通电；当智能控制器4与每个升降单元9逐个单独接通时，会先接通升降电机刹车接触器8电路而使升降单元刹车装置10打开，使得升降单元9内的升降电机能够旋转，然后接通升降电机电路三秒，之后变频智能调节单元3能够根据每个升降单元9的矢量模型计算出升降单元9的输出扭矩，并将每个升降单元9的输出扭矩传输到智能控制器4内，并由智能控制器4存储，然后智能控制器4根据每个升降单元9的输出扭矩计算每个升降单元9所受到的实际载荷。当智能控制器4对所有弦管上的所有升降单元9计算实际载荷后，再计算所有实际载荷的平均数。智能控制器4会调取实际载荷最小的升降单元9的实际载荷，之后智能控制器4会根据计算得出控制此升降单元9调节的电机控制指令，并将此电机控制指令发送给变频智能调节单元3，然后智能控制器4会单独接通此升降单元9，变频智能调节单元3对此升降单元9进行调节，使此升降单元9所受到的实际载荷等于平均载荷，依次类推，完成所有桩腿上所有弦管的所有升降单元9的调节。

其中，变频智能调节单元3具有自动计算的功能，在电机运行过程中可以自动计算电机轴的输出扭矩(牛米)，然后系统通过电机轴输出扭矩/齿轮箱传动比*机械传动系的动摩擦系数*最终输出齿轮的中线直径(力臂)，可以得出爬升齿轮最终载荷。

具体的，在对每个升降单元9的实际载荷与平均载荷进行对比时，如果升降单元9的实际载荷小于平均载荷，变频智能调节单元3会控制升降单元9做正功(升降单元9内的升降电机正转从而提高此升降单元9所受的实际载荷)；如果升降单元9实际载荷大于平均载荷，变频智能调节单元3会控制升降单元9做负功(升降单元9内的升降电机反转从而降低此升降单元9所受的实际载荷)。

其中，人机交互单元5能够显示每个升降单元9的实际载荷数值，以及每个桩腿的总载荷和平均载荷。

需要指出的是，每个升降单元9内的升降电机上都设置有刹车位置传感器11，通过刹车位置传感器11能够检测并反馈升降电机(刹车盘)的位置，辅助变频智能调节单元3精确控制升降电机的工作。

还需要指出的，当工作人员通过人机交互单元5输入单个桩腿上的升降单元9要调节的目标载荷值时，人机交互单元5会将此目标载荷值传输给智能控制器4，然后根据上述方法，依次对此桩腿上的每个升降单元9进行调节，使此桩腿上每个升降单元9的实际载荷值与目标载荷值相等。

还需要指出的是，升降单元9包括升降电机、升降电机接触器7、升降电机刹车接触器8、刹车位置传感器11、减速机和传动齿轮，其中通过升降电机接触器7接通升降电机，当升降电机接触器7闭合时，升降电机电路接通；通过升降电机刹车接触器8控制升降电机能否旋转，当升降电机刹车接触器8闭合时，升降单元刹车装置10打开允许升降电机旋转；通过刹车位置传感器11能够检测并反馈升降电机(刹车盘)的位置。

其中，每个升降单元9的升降电机接触器7和升降电机刹车接触器8的控制线圈均与智能控制器4相连接，智能控制器4控制升降电机接触器7和升降电机刹车接触器8根据时序断开或闭合，以便于变频智能调节单元3对每个升降单元9进行载荷调整。

本实施例的可选方案中，变频智能调节单元3和旁路接触器2串联组成载荷调节回路，且载荷调节回路与主回路控制器1互为并联；旁路接触器2与主回路控制器1为互锁关系，用于在调节多个升降单元9的载荷时，主回路控制器1处于断开状态。

本实施例的可选方案中，主回路控制器1与升降单元断路器6的一端连接，升降单元断路器6另一端通过升降电机接触器7与升降单元9连接；升降电机刹车接触器8的一端与控制电源连接，另一端与设置于升降单元9内的升降单元刹车装置10连接，用于对升降单元刹车装置10进行刹车控制，以使升降单元9根据操作时序处于打开或制动状态。

本实施例所提供的调整载荷的方法、装置以及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于调节升降单元载荷的控制系统，其特征在于，包括：主回路控制器(1)、旁路接触器(2)、变频智能调节单元(3)、智能控制器(4)和人机交互单元(5)；

所述变频智能调节单元(3)的输入端与升降动力电源相连接，输出端与所述旁路接触器(2)的一端连接，所述旁路接触器(2)的另一端与多个升降单元断路器(6)连接；

所述变频智能调节单元(3)，用于根据升降单元(9)的矢量模型，自动计算升降单元(9)输出轴的输出扭矩，并发送给智能控制器(4)，以及，根据电机控制指令确定待调节升降单元内升降单元(9)的旋转方向，以调节所述升降单元(9)的输出扭矩至期望值，进而使待调节升降单元的载荷达到目标载荷值；

所述智能控制器(4)，用于根据每个升降单元的所述输出扭矩计算每个升降单元的实际载荷，以及单个桩腿的总载荷和平均载荷，以及，根据所述目标载荷值生成每个升降单元的所述电机控制指令；

所述人机交互单元(5)，用于显示所述智能控制器(4)发送的多个所述升降单元的实际载荷，以及所述单个桩腿的总载荷和平均载荷，当接收到用户输入的所述目标载荷值时，发送给所述智能控制器(4)。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述变频智能调节单元(3)和旁路接触器串联组成载荷调节回路，且所述载荷调节回路与所述主回路控制器(1)互为并联；

所述旁路接触器(2)与所述主回路控制器(1)为互锁关系，用于在调节多个所述升降单元的载荷时，所述主回路控制器(1)处于断开状态。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，多个所述升降单元(9)的升降电机接触器(7)和升降电机刹车接触器(8)的控制线圈均与所述智能控制器(4)相连接，所述智能控制器(4)控制升降电机接触器(7)和升降电机刹车接触器(8)根据时序断开或闭合，以便于变频智能调节单元(3)对每个所述升降单元(9)进行载荷调整。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述主回路控制器(1)与所述升降单元断路器(6)的一端连接，所述升降单元断路器(6)另一端通过升降电机接触器(7)与升降单元(9)连接；

所述升降电机刹车接触器(8)的一端与控制电源连接，另一端与设置于所述升降单元(9)内的升降单元刹车装置(10)连接，用于对所述升降单元刹车装置(10)进行刹车控制，以使所述升降单元(9)根据操作时序处于打开或制动状态。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述智能控制器(4)通过通信总线分别与所述变频智能调节单元(3)和所述人机交互单元(5)连接。